Ecosystème-intestin..
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ECOSYSTÈME INTESTINAL ET DIGESTION COLIQUE Journées DES oct. 2011 PLAN Le Microbiote intestinal Présentation Interactions Explorations Composition Effet de barrière Flore et système immunitaire Modifications histologiques Digestion colique Colon droit : Métabolisme glucidique Métabolisme des gaz Métabolisme lipidique Colon gauche : Protides et métabolisme azoté Autres fonctions Pathologies et applications thérapeutiques Microbiote intestinal Le microbiote intestinal - Présentation In utéro: tube digestif stérile - Colonisation à l’accouchement - Bactéries environnementales - rôle du mode d’allaitement - Environnement, antibiotiques - facteurs individuels de l’hôte (génétique ++) Acquisition d’une microflore adulte (2-6 ans) Fonctions multiples Stabilité relative dans le temps pour 1 individu Composition individuelle unique = « carte d’identité » Le microbiote intestinal - explorations Seulement 20 à 30% du microbiote intestinal humain cultivable Méthodes indirectes (tests respiratoires…) Le microbiote intestinal - explorations Utilisation d’outils moléculaires indépendants de la culture : génotypage des ARNr 16S bactériens + Électrophorèse en gradient dénaturant : vision dynamique de la diversité des espèces du microbiote METAGENOMIQUE Le microbiote intestinal - composition Cavité buccale : 107/ml de salive - Aérobies et anaérobies - 1014 μorg constituant le microbiote = 1kg - 1013 cellules constituant le corps humain Estomac : <10 2/ml -Streptococcus - Lactobacillus Colon :109 à 1011 /ml Iléon :107/ml Croissance le long du grêle (caecum et rectum ++) Gradient oral-aboral Augmentation des anaérobies strictes en distalité Le microbiote intestinal - composition jéjunum 103 iléon 106 pH : 2-3 colon 108 1011 pH : 4,5-7 Diminution O2 Lactobacillus (Firmicutes) Streptococcus (Firmicutes) E. coli Clostridium (Firmicutes) Bacteroides Eubacterium Veillonella Bacteroides (Bacteroidetes) Eubacterium Clostridium (Firmicutes) Ruminococcus Bifidobacterium (Acinetobacteria) Streptococcus Lactobacillus Le microbiote intestinal - composition FLORE COLIQUE 3 gds groupes phylogénétiques Firmicutes (≈ 50%) BG+ des groupes Eubactérium -Clostridium coccoides -Clostridium Leptum Bacteroidetes (10-40%) BGN du groupe Bactéroides - Prevotella Porphyromonas Actinobacteries BG+ du genre Bifidobactérium et du groupe Atopobium-Collinsella Eckburg et al. 2005 Le microbiote intestinal - composition Organisation de la flore colique : Flore dominante (109-1011ufc/g de fèces) :10 à 20 espèces avec niveau de population élevé Flore sous dominante 106 -108 ufc/g Surtout BGN non sporulés (Bacteroides ++) BG+ = Eubactérium, Clostridia Bifidobactérium Catenabactérium CG+ (peptostreptococcus…) Bactéries aéro/anaérobies facultatives : entérobactéries, streptocoques, +/- lactobacilles → effet pathogène si population > 108 ufc/g Flore transitoire / allochtone <105-106 ufc/g → pas de pouvoir pathogène Entérobactéries : citrobacter, klebsiella, proteus, enterobacter, pseudomonas, staphylocoques Levures (candida albicans présent dans 50 à 60% des copros) Le microbiote intestinal - Interactions I. Effet de barrière La flore (dominante) est capable de s’opposer à l’implantation et à la multiplication de bactéries exogènes Compétitions au niveau des sites d’attachement épithéliaux et pour les substrats Production de peptides bactéricides (bactériocines) et acide lactique Synergie avec l’hôte (mucus, barrière histo, défensines, sys. Immun intrinsèque…) Le microbiote intestinal - Interactions II. Flore et système immunitaire Flore commensale = stimulus physiologique de la maturation du système immunitaire intestinal Dvpt et maturation des Lymphocytes B Activation et croissance des plaques de Peyer Activation des cellules présentatrices d’Ag Régulation de la balance Th1/Th2 Stimulus de la synthèse d’Ig (IgA ++) « Tolérance » du système immunitaire intestinal vis-àvis des Ag bactériens intraluminaux Le microbiote intestinal - Interactions III. Modifications histologiques En absence de flore : Hypoplasie de la muqueuse colique (-20% de C par crypte) Ralentissement du renouvellement cellulaire Après colonisation bactérienne : Augmentation de la cellularité du chorion Apparition de cellules activées (lymphocytes, plasmocytes, macrophages) Diminution de la hauteur des villosités, augmentation des cryptes Augmentation de l’index mitotique rôle des AGCC (Butyrate ++) = apports énergétiques, action trophique… Digestion colique Colon droit : Métabolisme glucidique Métabolisme des gaz Métabolisme lipidique Colon gauche : Protides et métabolisme azoté Autres fonctions Pathologies et applications thérapeutiques Digestion colique - présentation 1,5kg/24h de matériel digestif dont une majorité d’eau -> 120g/24h excrétés Colon = 20% de la réabsorption d’eau (≈ 1L) et 25% de la réabsorption de Na+ Compartiment anaérobie, T=39°C Activité métabolique essentiellement colique (car besoin > 10^8/ml pour activité enzymatique bactérienne significative) Digestion colique - présentation Substrats disponibles : Exogènes : Amidon non digéré Fibres pariétales (cellulose, hémicellulose…) Glucides de réserve Osides et oligosides Proteines non absorbées ou d’origine bactérienne Endogènes : mucus, mucopolysaccharides Cellules desquamées Sécrétions pancréatiques et biliaires Digestion colique – métabolisme glucidique Polysaccharides Malate Pyruvate oxaloacétate Fumarate Acétyl-CoA Lactate Succinate Succinyl-CoA CO2 + H2 Acéto-acétylCoA Acétaldéhyde Méthyl-malonyl-CoA Crotonyl-CoA Propionyl-CoA Butyryl-CoA CH4 Acétate Ethanol Butyrate Propionate Digestion colique – métabolisme glucidique => Colon droit GLYCOLYSE et FERMENTATION H2 BUTYRATE ACETATE PROPIONATE 300 mmol/24h CO2 H2O HYDROLYSE Enzymes intracellulaires Amylase Cellulase B glucosidases Enzymes extracellulaires glucosidases GLUCOSE Fibres Amidon Cellulose Autres glucides Ac. Organiques Digestion colique – métabolisme glucidique Devenir et rôle des AGCC : absorption rapide (6 à 12umol/cm²/h), 95% réabsorbés. AGCC : absorbés par les C épithéliales par transport Na+ dépendant -> modulation de l’hydratation des selles, sécrétion de bicarbonates, REABSORPTION d’eau. Leur concentration détermine le pH intraluminal Production d’ENERGIE provenant du métabolisme glucidique : 2 à 3 kcal/g de glucides fermentés (5-15% des apports energétiques) Digestion colique – métabolisme glucidique BUTYRATE : ACETATE : Action locale = 70% des sources énergétiques des colonocytes Stimule absorption eau et sodium (via co-transporteur SMCT1) Stabilisateur mitotique Réparations de l’ADN, régulation des gènes, effet anti-oxydant, antiinflammatoire -> anticancéreux potentiel ? Libération de gastrine ou de PYY via le SNA -> satiété Renforce la barrière épithéliale (augmente l’expression des jonctions serrées), effet trophique sur la muqueuse colique Métabolisme dans les tissus périphériques (cœur, cerveau, muscles) PROPIONATE : Régulation de la néoglucogénèse hépatique Diminue la cholestérolémie ? Digestion colique – métabolisme des gaz H2 (15%) CH4 (20%) H2 CO2 O2 H2 H2 Fermentation des HDC Bactéries Protéines Urée Glycoprotéines N2 N2 La majorité des gaz est consommée in situ CH4 SH2 CO2 HCO3 + AGV N2 O2 CO2 H2 (6-21%) CO2 (8-49%) O2 (1-4%) CH4 (1-22%) N2 (19-83%) Gaz odorants <1% Seulement 30% d’individus méthanoexcréteurs Digestion colique – métabolisme des gaz Devenir du H2 fermentaire : Fibres – substrats endogènes Microorganismes hydrolytiques et fermentaires AGCC Acétate, Butyrate, Propionate Excrétion : - pulmonaire (15%) - flatulences (10%) CO2 H2 Microorganismes Hydrogénotrophes Bactéries sulfato-réductrices H2S + ATP Bactéries Méthanogènes (30% des individus) CH4 OU Bactéries acétogènes Acétate + ATP Digestion colique – métabolisme lipidique Effet sur AG insaturés (bactéries hydrolysent les liaisons insaturées) -> AG hydroxylés ont un effet laxatif Métabolisme des acides biliaires : Réabsorption iléale = 97% Acides biliaires Acides biliaires primaires Acides biliaires Secondaires Ac. colique et chénodésoxycholique Ac. désoxycholique et lithocholique Réabsorption colique – cycle entéro-hépatique Effet sur la motricité intestinale Digestion colique – métabolisme protidique Substrats = protéines exogènes non absorbées ds le grêle + 40 à 60g/j de protéines endogènes (enzymes digestives, C desquamées, bactéries tuées…) + urée L’azote ou les AA sont utilisés par les bactéries comme métabolites de leur propre protéogénèse et métabolites Amines énergétiques Amoniaque Ac. organiques protéines peptides Ac. aminés H2, CO2, CH4 Indoles phénols Digestion colique – métabolisme protidique => Colon gauche HYDROLYSE Ac. aminés Clostridii Protéines uréase DESAMINATION NH3 (100-150mmol/24h) urée AGCC Alcool CO2 H2O Ac. aminés Protéines Corps bactériens Résidus protéiques Cellules desquamées DECARBOXYLATION Amines NH3 (3-4mmol/24h) Histamine Tyramine Cadavérine Putrescine Activité vaso-active Digestion colique – métabolisme protidique Devenir et rôles des produits de dégradation : AGCC = acétate, propionate, butyrate (cf) NH3 : Phénols, indoles : Absorbé et détoxifié en urée par le foie Altération de la morphologie et du métabolisme des colonocytes Augmente la synthèse d’ADN -> cancérogénèse colique? Encéphalopathie Détoxifiés par conjugaison aux glucuronides ou aux sulfates. Co-carcinogènes? Amines: Coma hépatique, migraines… Microbiote : autres fonctions XENOBIOTIQUES : Action sur certaines molécules : Activation : Imidazolés, sulfasalazine (rupture de la liaison entre sulfapyridine et 5-aminosalicylate) Inactivation : digoxine Production de vitamine K, vitamines B, folates Adaptabilité dans le syndrôme du grêle court : augmentation des capacités de réabsorption hydroélécrolytiques (>5L), hyperfermentation des glucides non absorbés par le grêle… Dysbiose - Pathologies Le microbiote est impliqué dans de nombreuses pathologies : Obésité, diabète : altérations du métabolisme IBS : hyperproduction gazeuse, ballonnements… MICI : dysbioses Cancers coliques Allergies alimentaires… Dysbiose - Pathologies Exemple : Maladie de Crohn Sokol et al. IBD 2009 Dysbiose - Pathologies Exemple : Maladie de Crohn Étude nichée dans un essai du GETAID Patient avec iléocolectomie : analyse du microbiote à M0 et M6 : F.Prausnitzii à M0 : 3,3%±3,4 -> rémission à M6 0,3%±0,5 -> récidive à M6 p =0.027 Se = 0.82 Sp = 0.68 VPP = 0.6 VPN = 0.87 Rajca et al. DDW 2011 Approches thérapeutiques Objectif = eubiose Moyens : Approche nutritionnelle : Modification Approche des apports en fibres fermentescibles… microbiologique : Probiotiques Prébiotiques Symbiotiques Antibiotiques Conclusion Microbiote intestinal = véritable organe Unique = carte d’identité d’un individu Interactions majeures avec l’hôte Rôles physiologiques et pathologiques Implication dans de nombreuse pathologies coliques et métaboliques De nombreuses implications restent à explorer… Sources The intestinal epithelial barrier in the control of homeostasis and immunity M.Rescigno, Trends in Immunology June 2011 Fermentative metabolism by the human gut microbiota A. Bernalier-Donadille, Gastroentérologie Clinique et Biologique (2010) 34 Regulation of innate and adaptive immunity by the commensal Microbiota I.Jarchum, Current Opinion in Immunology 2011 Microbiota–immune system interaction: an uneasy alliance N.Salzman, Current Opinion in Microbiology 2011 Microbiota and irritable bowel syndrome P. Ducrotté, Gastroentérologie Clinique et Biologique (2010) 34 Le microbiote intestinal : équilibre et dysbiose F.Barbut, HépatoGastro Vol 17 dec 2010 La flore intestinale , de l’équilibre au déséquilibre, M.Hagiage, Ed Vigot The utility of probiotics in the treatment of irritable bowel syndrome: a systematic review. Brenner DM , Am J Gastroenterol 2009 Human colonic microbiota: ecology, physiology and metabolic potential of intestinal bacteria. Macfarlane GT e al., Scand J Gastroenterol Suppl 1997 Abreu MT: Toll-like receptor signalling in the intestinal epithelium: how bacterial recognition shapes intestinal function. Nat Rev Immunol 2010 Hamer et al : Review article: the role of butyrate on colonic function. Aliment Pharmacol Ther 27 Venema et al : Role of gut microbiota in the control of energy and carbohydrate metabolism. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2010
